數(shù)字孿生城市研究報告

1、 數(shù)字孿生城市研究報告前言當前，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術為代表的數(shù)字浪潮席卷全球，物理世界和與之對應的數(shù)字世界正形成兩大體系平行發(fā)展、相互作用。數(shù)字世界為了服務物理世界而存在，物理世界因為數(shù)字世界變得高效有序，數(shù)字孿生技術應運而生，從制造業(yè)逐步延伸拓展至城市空間，深刻影響著城市規(guī)劃、建設與發(fā)展。數(shù)字孿生因感知控制技術而起，因綜合技術集成創(chuàng)新而興。數(shù)字孿生城市是在城市累積數(shù)據(jù)從量變到質變，在感知建模、人工智能等信息技術取得重大突破的背景下，建設新型智慧城市的一條新興技術路徑，是城市智能化、運營可持續(xù)化的前沿先進模式，也是一個吸引高端智力資源共同參與，從局部應用到全局優(yōu)化，持續(xù)迭代更新的

2、城市級創(chuàng)新平臺。從技術角度看，數(shù)字孿生城市涵蓋“云-網(wǎng)-端”三大層次，成為數(shù)據(jù)驅動決策、技術綜合集成的智慧城市綜合技術支撐體系。端側實現(xiàn)群智感知、可視可控；網(wǎng)側實現(xiàn)泛在高速、天地一體；云測實現(xiàn)隨需調度，迭代學習。其本質是通過數(shù)據(jù)全域標識、狀態(tài)精準感知、數(shù)據(jù)實時分析、模型科學決策、智能精準執(zhí)行，構建城市級數(shù)據(jù)閉環(huán)賦能體系，實現(xiàn)城市的模擬、監(jiān)控、診斷、預測和控制， 解決城市規(guī)劃、建設、運行、管理、服務的復雜性和不確定性。從城市發(fā)展看，數(shù)字孿生城市是未來實體城市的虛擬映射對象和智能操控體，形成虛實對應、相互映射、協(xié)同交互的復雜巨系統(tǒng)， 實現(xiàn)孿生城市的“六化發(fā)展”，即支撐城市全要素數(shù)字化和虛擬化、城市

3、全狀態(tài)實時化和可視化、城市管理決策協(xié)同化和智能化，實現(xiàn)三類應用場景，城市規(guī)劃建設一張藍圖管到底、城市治理虛實融合一盤棋、城市服務情景交融個性主動一站式，驅動城市智能運行、迭代創(chuàng)新。從建設重點看，基于多源數(shù)據(jù)融合的城市信息模型是核心，城市全域部署的智能設施和感知體系是前提，支撐孿生城市高效運行的智能專網(wǎng)是保障，實現(xiàn)智能操控的城市大腦是重點。未來，數(shù)字孿生城市可在數(shù)字化水平相對較高、需要運行機理建模、實現(xiàn)虛實空間協(xié)同優(yōu)化、彰顯多維智能決策支撐等方向，如城市規(guī)劃、建筑、交通、能源等領域優(yōu)先落地實施，以數(shù)字孿生城市為代表的新型智慧城市發(fā)展新理念和新模式或將變?yōu)楝F(xiàn)實，成為未來綠地型新城新區(qū)高水平建設的必

4、由之路，棕地型城市數(shù)字化轉型的重要參考。目錄 HYPERLINK l _bookmark0 一、數(shù)字孿生城市出現(xiàn)的背景1 HYPERLINK l _bookmark1 （一）傳統(tǒng)條塊化智慧城市建設方式已現(xiàn)疲態(tài)1 HYPERLINK l _bookmark2 （二）信息技術加速突破驅動集成創(chuàng)新出現(xiàn)拐點2 HYPERLINK l _bookmark3 （三）數(shù)字孿生成為城市智能化升級的重要方向3 HYPERLINK l _bookmark4 （四）部分城市率先探索實踐數(shù)字孿生理念4 HYPERLINK l _bookmark5 （五）我國智慧城市建設升級具備現(xiàn)實基礎10 HYPERLINK l _

5、bookmark6 二、數(shù)字孿生城市的內涵特征12 HYPERLINK l _bookmark7 （一）數(shù)字孿生城市的內涵12 HYPERLINK l _bookmark8 （二）與新型智慧城市的關系13 HYPERLINK l _bookmark9 （三）數(shù)字孿生城市的特征14 HYPERLINK l _bookmark10 （四）數(shù)字孿生城市的價值15 HYPERLINK l _bookmark11 三、數(shù)字孿生城市的總體架構17 HYPERLINK l _bookmark12 （一）技術框架17 HYPERLINK l _bookmark13 （二）運行機理20 HYPERLINK l

6、_bookmark14 四、數(shù)字孿生城市的典型場景26 HYPERLINK l _bookmark15 （一）“規(guī)建管”協(xié)同管控，助力一張藍圖干到底 26 HYPERLINK l _bookmark16 （二）虛實互動以虛控實，支撐城市一盤棋治理28 HYPERLINK l _bookmark17 （三）情景交融以人為本，升級個性主動服務體驗30 HYPERLINK l _bookmark18 五、數(shù)字孿生城市核心：高精度城市信息模型32 HYPERLINK l _bookmark19 （一）城市初始建模的方法33 HYPERLINK l _bookmark20 （二）城市信息模型的構成34

7、HYPERLINK l _bookmark21 （三）模型與數(shù)據(jù)的協(xié)同運行35 HYPERLINK l _bookmark22 六、數(shù)字孿生城市前提：全域布局的智能設施36 HYPERLINK l _bookmark23 （一）智能設施空間布局36 HYPERLINK l _bookmark24 （二）標識體系和編碼設計38 HYPERLINK l _bookmark25 （三）物聯(lián)設備連接管理平臺39 HYPERLINK l _bookmark26 七、數(shù)字孿生城市支撐：高效運行的智能專網(wǎng)40 HYPERLINK l _bookmark27 （一）數(shù)字孿生城市提出網(wǎng)絡新需求40 HYPERL

8、INK l _bookmark28 （二）萬物互聯(lián)綜合接入智能專網(wǎng)42 HYPERLINK l _bookmark29 （三）智能專網(wǎng)對已有網(wǎng)絡延伸增強43 HYPERLINK l _bookmark30 八、數(shù)字孿生城市重點：智能操控的城市大腦46 HYPERLINK l _bookmark31 （一）大腦凸顯自主學習與集中調度46 HYPERLINK l _bookmark32 （二）一體三翼構建數(shù)字孿生城市大腦47 HYPERLINK l _bookmark33 （三）創(chuàng)新全景全要素城市治理新模式49 HYPERLINK l _bookmark34 九、推進數(shù)字孿生城市的建議50 HYP

9、ERLINK l _bookmark35 （一）正視面臨的挑戰(zhàn)50 HYPERLINK l _bookmark36 （二）分領域優(yōu)先落地52 HYPERLINK l _bookmark37 （三）分步驟務實推進53 HYPERLINK l _bookmark38 （四）分類別有序引導54一、數(shù)字孿生城市出現(xiàn)的背景（一）傳統(tǒng)條塊化智慧城市建設方式已現(xiàn)疲態(tài)當前全球已啟動或在建的智慧城市已達 1000 多個，我國提出智慧城市規(guī)劃的城市有 300 多個，各類型試點城市高達 500 多個， 成為全球智慧城市建設規(guī)模最大的國家。隨著理念層出不窮，技術推陳出新，大中城市智慧城市建設不斷向縱深推進，區(qū)縣級智慧

10、城市依托后發(fā)優(yōu)勢，也不甘落后。從特點看，國際上智慧城市建設集中在能源、交通和循環(huán)經(jīng)濟方面，注重綠色低碳、節(jié)能環(huán)保，項目比較單一，缺乏城市級的整體性、系統(tǒng)性的設計和建設。國內倡導新型智慧城市建設，基礎設施、在線政府、信息經(jīng)濟、城市治理、惠民服務全面展開，屬于規(guī)模化全方位系統(tǒng)工程。建設模式上，大部分城市走的是邊補齊行業(yè)和領域信息化短板，邊進行資源整合和業(yè)務協(xié)同的路子，少數(shù)城市完成資源整合后率先進入了數(shù)據(jù)驅動治理的階段。建設智慧城市，對加快工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農業(yè)現(xiàn)代化融合，提升城市可持續(xù)發(fā)展能力具有重要意義。智慧城市建設發(fā)展已近十年，至今卻無一個城市自我標榜已建成了智慧城市。事實上， 智慧城市

11、面臨技術和非技術兩大瓶頸難以突破，可謂舉步維艱。所謂技術瓶頸，是指基于云計算和互聯(lián)網(wǎng)的聚合式的模式創(chuàng)新比較成功，而基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈、量子通信等技術的原始創(chuàng)新極度缺乏，未出現(xiàn)殺手級應用，各功能模塊有機融合的ONE ICT 架構未能實現(xiàn)，造成創(chuàng)新只停留在表面，城市運行和治理的水平有量的提升，但沒有質的改變。所謂非技術瓶頸，表現(xiàn)在智慧城市建設所需的龐大資金問題一直沒有找到解決之道，政府和市場邊界不好劃分，工程周期長投入大充滿變數(shù)，企業(yè)盈利和資本回報前景模糊，觀望躑躅之下，推進效果可想而知。此外，彰顯智慧所必須的資源共享與業(yè)務協(xié)同機制也一直沒有建立起來，信息打通仍困難，協(xié)同共治難實

12、現(xiàn)。兩大瓶頸懸而未決導致智慧城市疲態(tài)盡顯停滯不前，現(xiàn)有的建設發(fā)展模式亟待突破。（二）信息技術加速突破驅動集成創(chuàng)新出現(xiàn)拐點智慧城市是信息技術驅動下的城市創(chuàng)新發(fā)展的一種新模式，是信息技術綜合運用和集成創(chuàng)新的大平臺，但縱觀多年來智慧城市中的技術應用，基本上是單點的、割裂的，集成的、融合的少，比如云計算技術用于政務云建設，物聯(lián)網(wǎng)技術用于城市管理的感知監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，互聯(lián)網(wǎng)技術用于電子政務和公共服務的交互渠道，大數(shù)據(jù)用于城市治理的決策分析，人工智能則是用于提升各種應用的智能化體驗。這些技術對提升智慧能力的作用毋庸置疑，但技術間缺乏系統(tǒng)架構級的融會貫通，造成應用離散化，信息孤島化，平臺多元化，集成創(chuàng)新的乘

13、數(shù)效應尚未釋放出來。形勢已隨日新月異的技術演進悄然變化，物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能、無人駕駛、虛擬現(xiàn)實、深度學習等技術研發(fā)和產業(yè)化加速突破， 掀起數(shù)字化網(wǎng)絡化智能化新一輪浪潮，深刻影響著智慧城市的規(guī)劃建設與運行發(fā)展。此外，跨領域技術間的融合創(chuàng)新已成主流趨勢， 信息通信技術與 3D 建模、高精度地圖、全球定位系統(tǒng)、模擬仿真、虛擬現(xiàn)實、智能控制等技術有機耦合，集成應用驅動創(chuàng)新出現(xiàn)拐點， 智慧城市面臨的技術瓶頸很大程度上得以破解，數(shù)字孿生城市數(shù)字城市與物理城市虛實融合孿生并行，虛擬服務現(xiàn)實，數(shù)據(jù)驅動治理，一種全新的智慧城市建設路徑和實踐模式呼之欲出，將引發(fā)城市治理規(guī)則的重大變革，為非技術瓶頸的破解也帶來

14、了曙光，城市信息化或從量變迎來質變。（三）數(shù)字孿生成為城市智能化升級的重要方向數(shù)字孿生是指通過對物理世界的人、物、事件等所有要素數(shù)字化，在網(wǎng)絡空間再造一個與之對應的“虛擬世界”，形成物理維度上的實體世界和信息維度上的數(shù)字世界同生共存、虛實交融的格局。數(shù)字孿生最早由密西根大學教授 Grieves 提出，后來 NASA 用于對飛行器的真實運行活動進行鏡像仿真。最先用于工業(yè)領域，尤其是大型裝備制造業(yè)。通過搭建數(shù)字孿生生產系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)從產品設計、生產計劃到制造執(zhí)行的全過程數(shù)字化。據(jù)統(tǒng)計，全球 40%的大型生產商都將應用虛擬仿真技術來為他們的生產過程進行建模。數(shù)字孿生的出現(xiàn)根本在于感知、網(wǎng)絡、大數(shù)據(jù)、

15、人工智能、控制、建模等技術的集中爆發(fā)。尤其是傳感器和低功耗廣域網(wǎng)技術的發(fā)展，將物理世界的動態(tài)，通過傳感器精準、實時地反饋到數(shù)字世界。數(shù)字化、網(wǎng)絡化實現(xiàn)由實入虛，網(wǎng)絡化智能化實現(xiàn)由虛入實， 通過虛實互動，持續(xù)迭代，實現(xiàn)物理世界的最佳有序運行。數(shù)字孿生現(xiàn)象是數(shù)字化浪潮的必然趨勢，是數(shù)字化的理想狀態(tài)，數(shù)字孿生城市也成為智慧城市建設發(fā)展的必經(jīng)之路。數(shù)字孿生城市是技術演進與需求升級驅動下新型智慧城市建設發(fā)展的一種新理念、新途徑、新思路。雖然數(shù)字城市的提出由來已久，但全域數(shù)字化一直未能實現(xiàn)，這與技術發(fā)展的局限性和成熟度有關，如今數(shù)字孿生城市的理念，才真正體現(xiàn)了數(shù)字城市意圖達到的理想愿景。數(shù)字孿生城市作為狹

16、義數(shù)字城市的終點，卻是智慧城市建設的起點，它是城市實現(xiàn)智慧的重要設施和基礎能力，是城市信息化從量變走向質變的一個里程碑。（四）部分城市率先探索實踐數(shù)字孿生理念世界各國當前在數(shù)字孿生城市的實踐上，已初步完成城市靜態(tài)建模，主要用于指導城市規(guī)劃工作。未來，城市運行的動態(tài)數(shù)據(jù)與靜態(tài)模型的融合，將成為數(shù)字孿生城市構想落地，并發(fā)揮重要意義的關鍵與挑戰(zhàn)。隨著 5G、物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)的快速發(fā)展，數(shù)字孿生城市的理念，正在堅定的向現(xiàn)實邁進。雄安新區(qū)數(shù)字城市雄安新區(qū)在規(guī)劃綱要中指出，堅持數(shù)字城市與現(xiàn)實城市同步規(guī)劃、同步建設，推動全域智能化應用服務實時可控，打造具有深度學習能力、全球領先的數(shù)字城市。借助大數(shù)據(jù)深度挖掘技術、

17、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)技術和互聯(lián)網(wǎng)平臺等新一代信息技術，從數(shù)字呈現(xiàn)、網(wǎng)絡互聯(lián)到智能體驗進行全方位謀劃，實現(xiàn)數(shù)字城市與物理城市同步規(guī)劃同步建設，對物理世界的人、物、事件等所有要素數(shù)字化， 生成全數(shù)字化城市。物理城市與數(shù)字城市孿生并存，精準映射，實現(xiàn)虛擬服務現(xiàn)實， 數(shù)據(jù)驅動決策，智能定義一切，促進管理一盤棋，服務一站式，扁平化、前后端打通，以高度智能化替代傳統(tǒng)的網(wǎng)格化管理，虛實融合蘊含無限應用創(chuàng)新空間，將引發(fā)城市智能化管理和服務模式的重大顛覆性創(chuàng)新。圖 1數(shù)字孿生城市：智能新區(qū)虛擬新加坡平臺2015 年，新加坡政府與法國達索系統(tǒng)等多家公司、研究機構簽訂協(xié)議，啟動“虛擬新加坡”項目。該項目計劃完全依照真實

18、物理世界中的新加坡，創(chuàng)建數(shù)字孿生城市信息模型。模型內置海量靜態(tài)、動態(tài)數(shù)據(jù)，并可根據(jù)目的需求，實時顯示城市運營狀態(tài)。模型的關鍵在于真實世界與虛擬世界的精準映射。模型既是物理世界運行動態(tài)的展示，滿足城市管理的需求，也能夠指導城市未來的建設與運行優(yōu)化。“虛擬新加坡”平臺計劃于 2018 年，面向政府、市民、企業(yè)和研究機構開放，可廣泛應用于城市環(huán)境模擬仿真、城市服務分析、規(guī)劃與管理決策、科學研究等領域。新加坡政府在 3 年時間內，累計投入 7300 萬美元，積累了 50TB 數(shù)據(jù)。圖 2數(shù)字孿生城市：虛擬新加坡新加坡政府正在同時打造“智慧國家傳感平臺”，并計劃設立國家官方網(wǎng)站。該平臺部署了西門子公司基

19、于云的開放式物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，將統(tǒng)一負責新加坡境內的傳感網(wǎng)絡設備管理、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)融合與理解。2017 年，新加坡政府財政投入 2.16 億新加坡元用于平臺建設，占總預算比例 9%，比 2016 年增長 7.7 倍。其中，新加坡政府將部分預算用于信息桿的建設。新加坡政府將11 萬路燈互聯(lián)，以集群的方式部署無線網(wǎng)絡設備、各類傳感器設備。新加坡政府既建立了安全、高速、經(jīng)濟且具有擴展性的全國通訊基礎設施，又建立了遍布全國的傳感器網(wǎng)絡，采集實時數(shù)據(jù)（如環(huán)境、人口密度、交通、天氣、能耗和廢物回收等），并對重要數(shù)據(jù)匿名化保護、管理以及適當共享。圖 3新加坡“智慧國家傳感平臺”構想法國雷恩 3D 城市法國城

20、市雷恩與達索系統(tǒng)公司簽訂協(xié)議，計劃在2017-2019 年， 建立城市的數(shù)字模型，用于城市規(guī)劃、決策、管理和服務市民。在3D 上繪制城市圖形，是他們構建數(shù)字孿生城市的想法。城市規(guī)模、治理結構以及城市的交通、能源和環(huán)境等問題是他們考慮的重要因素。他們通過設計與仿真的方法開發(fā)整個城市的 3D 模型，根據(jù)不同用戶群的需求對 3D 模型進行測試與評估，來支持城市的決策過程與調解工作。雷恩和達索系統(tǒng)公司構建的 3D 平臺是一個協(xié)作環(huán)境，允許各方進行溝通協(xié)作，共同設計創(chuàng)新項目、產品和服務。它提供了可視化設計，可模擬貿易環(huán)境，還原城市及其居民的市場，最充分地和現(xiàn)實貼合。雷恩和達索系統(tǒng)公司繼續(xù)在先進的理念進行

21、研究探索，為我們的城市提供了一個更好的未來。圖 4數(shù)字孿生城市：法國雷恩 PAGE 54 PAGE 53多倫多高科技社區(qū)多倫多邀請了谷歌公司的 Sidewalk Labs 對其濱海的部分區(qū)域開發(fā)，計劃建成高科技社區(qū)（Quayside）。Sidewalk Labs 的應用程序可記錄公共區(qū)域中每一個物件的位置（如道路、建筑等）。安裝的多類別傳感器設備，可用于收集多樣化信息（如車流密度，噪音， 空氣質量，能耗，出行方式及垃圾處理等）。模型與數(shù)據(jù)的融合，將助力數(shù)據(jù)專家生成深刻洞察，優(yōu)化城市運營；并采用復雜的建模技術模擬極端情景，尋找解決方案。該項目目前處于早期規(guī)劃和咨詢階段，并以精美的設計插圖為吸引點

22、，充分地體現(xiàn)濱水區(qū)的特點。此項目將結合前瞻性的城市設計和新的數(shù)字技術，以實現(xiàn)可持續(xù)性、可負擔性、流動性和經(jīng)濟機會等方面的領先水平。圖 5多倫多城市虛擬模型（五）我國智慧城市建設升級具備現(xiàn)實基礎智慧城市態(tài)勢良好，基礎設施不斷升級從2012年我國中央政府首次提出的關于智慧城市建設的指導性文件國家智慧城市試點暫行管理辦法國家智慧城市(區(qū)、鎮(zhèn))試點指標體系(運行)肇始，到2017年“智慧社會”被正式寫進十九大報告中，指導智慧城市合理發(fā)展的指導性文件逐年增加，且指導內容更加規(guī)范，新型智慧城市已進入國家戰(zhàn)略規(guī)劃政策制定當中， 正逐漸被廣大社會群體認可。數(shù)字孿生城市建設的前提是具有完善的基礎設施，即感知層、

23、連接層和計算層均具備開展數(shù)字孿生城市的能力，公共基礎設施的智能化是實現(xiàn)智慧城市有效發(fā)展的必然要求。我國智慧城市建設已近十年，大部分城市在高速寬帶網(wǎng)絡、政務云、核心平臺、基礎數(shù)據(jù)庫等基礎設施建設方面取得長足進展，城市治理、便民惠民等應用成效顯著，并基于城市一張圖在多規(guī)合一、并聯(lián)審批和決策仿真方面開展積極探索，這一切為數(shù)字孿生城市建設奠定了扎實的基礎。隨著新型智慧城市的發(fā)展，我國基礎設施智能化轉型的范圍在不斷擴大，功能也在不斷提升。目前，通過移動通信技術、物聯(lián)網(wǎng)技術、Wi-Fi技術等，城市建筑、橋梁、道路、管網(wǎng)、燈桿等公共基礎設施可實現(xiàn)“被感知”。在市政環(huán)衛(wèi)設施中安裝智能化傳感器，實現(xiàn)對環(huán)衛(wèi)設施的

24、遠程可控制和資源可調度；在公共交通設施中安裝的感知監(jiān)控設備可智能化支持不同移動狀態(tài)，確保城市的智能交通系統(tǒng)良好運行。通過物聯(lián)網(wǎng)總控和智慧城市運營管理中心，利用大數(shù)據(jù)技術對海量的城市基礎設施狀態(tài)數(shù)據(jù)和運行數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘和分析，并結合邊緣計算和深度學習技術讓城市基礎設施真正實現(xiàn)“智能化”，實現(xiàn)城市運行狀態(tài)的智能感知和智能決策。政策環(huán)境有力保障，技術產業(yè)強力支撐在國家戰(zhàn)略和政策推動下，物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、車聯(lián)網(wǎng)、5G、虛擬現(xiàn)實、深度學習等技術創(chuàng)新突飛猛進，實際應用日益顯著，為數(shù)字孿生城市建設提供強有力支撐。在國務院關于促進云計算創(chuàng)新發(fā)展培育信息產業(yè)新業(yè)態(tài)的意見關于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”

25、行動的指導意見云計算綜合標準化體系建設指南等利好政策作用下，我國云計算產業(yè)已經(jīng)走過培育與成長階段，現(xiàn)已進入成熟發(fā)展期，產業(yè)格局基本穩(wěn)定。近兩年我國大數(shù)據(jù)發(fā)展政策陸續(xù)出臺，國務院發(fā)布促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要，聚焦大數(shù)據(jù)發(fā)展中的三個關鍵環(huán)節(jié)，即政務數(shù)據(jù)應用、產業(yè)應用和應用安全。物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)自2009年起就一直作為國家戰(zhàn)略在推動發(fā)展，政府和產業(yè)界高度重視，產業(yè)能級和技術實力在不斷提升。尤其近年來在物聯(lián)網(wǎng)領域，傳感和低功耗廣域網(wǎng)技術取得突破，產品和服務成本不斷下降，使城市級大規(guī)模的感知設施部署和萬物互聯(lián)成為可能。二、數(shù)字孿生城市的內涵特征（一）數(shù)字孿生城市的內涵數(shù)字孿生城市是支撐新型智慧城市建設的復雜綜合

26、技術體系， 是城市智能運行持續(xù)創(chuàng)新的前沿先進模式，是物理維度上的實體城市和信息維度上的虛擬城市同生共存、虛實交融的城市未來發(fā)展形態(tài)。數(shù)字孿生城市的本質是城市級數(shù)據(jù)閉環(huán)賦能體系，通過數(shù)據(jù)全域標識、狀態(tài)精準感知、數(shù)據(jù)實時分析、模型科學決策、智能精準執(zhí)行，實現(xiàn)城市的模擬、監(jiān)控、診斷、預測和控制，解決城市規(guī)劃、設計、建設、管理、服務閉環(huán)過程中的復雜性和不確定性問題，全面提高城市物質資源、智力資源、信息資源配置效率和運轉狀態(tài)， 實現(xiàn)智慧城市的內生發(fā)展動力。圖 6數(shù)字孿生城市虛實融合迭代優(yōu)化數(shù)字孿生城市基于數(shù)字化標識、自動化感知、網(wǎng)絡化連接、普惠化計算、智能化控制、平臺化服務的信息技術體系和城市信息空間模

27、型，在數(shù)字空間再造一個與物理城市匹配對應的數(shù)字城市，全息模擬、動態(tài)監(jiān)控、實時診斷、精準預測城市物理實體在現(xiàn)實環(huán)境中的狀態(tài)，推動城市全要素數(shù)字化和虛擬化、全狀態(tài)實時化和可視化、城市運行管理協(xié)同化智能化，實現(xiàn)物理城市與數(shù)字城市協(xié)同交互、平行運轉。（二）與新型智慧城市的關系新型智慧城市建設以提升城市治理和服務水平為目標，以為人民服務為核心，以推動新一代信息技術與城市治理和公共服務深度融合為途徑，包括無處不在的惠民服務、透明高效的在線政府、精細精準的城市治理、融合創(chuàng)新的數(shù)字經(jīng)濟、自主可控的安全體系等五大核心要素，分級分類、標桿引領、標準統(tǒng)籌、改革創(chuàng)新、安全護航，注重城鄉(xiāng)一體，打破信息藩籬。數(shù)字孿生因感

28、知控制技術而起，因綜合技術集成創(chuàng)新而興。數(shù)字孿生城市一方面準確反映物理實體城市狀態(tài)，另一方面精準操控、智能優(yōu)化現(xiàn)實城市，將極大改變城市面貌，重塑城市基礎設施，形成虛實結合、孿生互動的城市發(fā)展新形態(tài)。數(shù)字孿生城市是在城市累積數(shù)據(jù)從量變到質變，在感知建模、人工智能等信息技術取得重大突破的背景下，新型智慧城市建設的一條新興技術路徑，是城市智能化、運營可持續(xù)化的前沿先進模式， 也是一個吸引高端智力資源共同參與，從局部應用到全局優(yōu)化，持續(xù)迭代更新的城市級創(chuàng)新平臺。（三）數(shù)字孿生城市的特征數(shù)字孿生城市有四大特點：精準映射、虛實交互、軟件定義、智能干預。精準映射：數(shù)字孿生城市通過空天、地面、地下、河道等各層

29、面的傳感器布設，實現(xiàn)對城市道路、橋梁、井蓋、燈蓋、建筑等基礎設施的全面數(shù)字化建模，以及對城市運行狀態(tài)的充分感知、動態(tài)監(jiān)測，形成虛擬城市在信息維度上對實體城市的精準信息表達和映射。虛實交互：城市基礎設施、各類部件建設即有痕跡，城市居民、來訪人員上網(wǎng)聯(lián)系即有信息。未來數(shù)字孿生城市中，在城市實體空間可觀察各類痕跡，在城市虛擬空間可搜索各類信息，城市規(guī)劃、建設以及民眾的各類活動，不僅在實體空間，而且在虛擬空間得到極大擴充，虛實融合、虛實協(xié)同將定義城市未來發(fā)展新模式。軟件定義：孿生城市針對物理城市建立相對應的虛擬模型，并以軟件的方式模擬城市人、事、物在真實環(huán)境下的行為，通過云端和邊緣計算，軟性指引和操控

30、城市的交通信號控制、電熱能源調度、重大項目周期管理、基礎設施選址建設。智能干預：通過在“數(shù)字孿生城市”上規(guī)劃設計、模擬仿真等， 將城市可能產生的不良影響、矛盾沖突、潛在危險進行智能預警， 并提供合理可行的對策建議，以未來視角智能干預城市原有發(fā)展軌跡和運行，進而指引和優(yōu)化實體城市的規(guī)劃、管理、改善市民服務供給，賦予城市生活“智慧”。（四）數(shù)字孿生城市的價值數(shù)字孿生城市的核心價值，在于通過建立基于高度集成的數(shù)據(jù)閉環(huán)賦能新體系，生成城市全域數(shù)字虛擬映像空間，并利用數(shù)字化仿真，虛擬化交互，積木式組裝拼接，形成軟件定義城市，數(shù)據(jù)驅動決策，虛實充分融合交織的數(shù)字孿生城市體，使得城市運行、管理、服務由實入虛

31、，可以在虛擬空間的建模，仿真，演化，操控，同時由虛入實，改變、促進物理空間中城市資源要素的優(yōu)化配置， 開辟新型智慧城市的建設和治理新模式。在建設方面，對一張白紙零起步的城區(qū)，與物理城市同步規(guī)劃建設數(shù)字城市，規(guī)劃階段即開始建模，建設階段不斷導入數(shù)據(jù)，運營階段則依托數(shù)字城市模型和全量數(shù)據(jù)管理物理城市。對已建成并運行多年的城市，通過后天物聯(lián)網(wǎng)設施的全面部署和對城市進行數(shù)字建模，同樣可以構建數(shù)字孿生城市。數(shù)字孿生模式不僅大大提升城市規(guī)劃建設的效率、質量，大幅降低時間、人工和物料成本，最重要的，它能夠使城市規(guī)劃建設少走彎路、不留遺憾。在治理方面，數(shù)字城市與物理城市兩個主體虛實互動，孿生并行，以虛控實。通

32、過物聯(lián)感知和泛在網(wǎng)絡實現(xiàn)由實入虛，再通過科學決策和智能控制由虛入實，實現(xiàn)對物理城市的最優(yōu)管理。優(yōu)化后的物理城市再通過物聯(lián)感知和泛在網(wǎng)絡實現(xiàn)由實入虛，數(shù)字城市仿真決策后再一次由虛入實，這樣在虛擬世界仿真，在現(xiàn)實世界執(zhí)行， 虛實迭代，持續(xù)優(yōu)化，逐步形成深度學習自我優(yōu)化的內生發(fā)展模式， 大大提升城市的治理能力和水平。此外數(shù)字孿生模式下，通過數(shù)字空間的信息關聯(lián)，可增進現(xiàn)實世界的實體交互，實現(xiàn)情景交融式服務，真正做到信息隨心至、萬物觸手及。三、數(shù)字孿生城市的總體架構（一）技術框架數(shù)字孿生城市建設依托以云、網(wǎng)、端為主要構成的技術生態(tài)體系，端側形成城市全域感知，深度刻畫城市運行體征狀態(tài)。網(wǎng)側形成泛在高速網(wǎng)絡

33、，提供毫秒級時延的雙向數(shù)據(jù)傳輸，奠定智能交互基礎。云側形成普惠智能計算，以大范圍、多尺度、長周期、智能化地實現(xiàn)城市的決策、操控。圖 7數(shù)字孿生城市運行機理圖 8數(shù)字孿生城市總體框架端側群智感知、可視可控城市感知終端“成群結隊”形成群智感知能力。感知設施將從單一的 RFID、傳感器節(jié)點向更強感知、通信、計算能力的智能硬件、智能桿柱、智能無人車等迅速發(fā)展。同時，個人持有的智能手機、智能終端將集成越來越多的精密傳感能力，擁有日益強大的感知、計算、存儲和通信能力，成為感知城市周邊環(huán)境以及居民的“強” 節(jié)點，形成大范圍、大規(guī)模、協(xié)同化普適計算的群智感知?；跇俗R和感知體系全面提升傳統(tǒng)基礎設施智能化水平。

34、通過建立基于智能標識和監(jiān)測的城市綜合管廊，實現(xiàn)管廊規(guī)劃協(xié)同化、建設運行可視化、過程數(shù)據(jù)全留存。通過建立智能路網(wǎng)實現(xiàn)路網(wǎng)、圍欄、橋梁等設施智能化的監(jiān)測、養(yǎng)護和雙向操控管理。多功能信息桿柱等新型智能設施全域部署，實現(xiàn)智能照明、信息交互、無線服務、機車充電、緊急呼叫、環(huán)境監(jiān)測等智能化能力。網(wǎng)側泛在高速、天地一體提供泛在高速、多網(wǎng)協(xié)同的接入服務。全面推進 4G、5G、WLAN、NB-IoT、eMTC 等多網(wǎng)協(xié)同部署，實現(xiàn)基于虛擬化、云化技術的立體無縫覆蓋，提供無線感知、移動寬帶和萬物互聯(lián)的接入服務，支撐新一代移動通信網(wǎng)絡在垂直行業(yè)的融合應用。形成天地一體綜合信息網(wǎng)絡支撐云端服務。綜合利用新型信息網(wǎng)絡技

35、術，充分發(fā)揮空、天、地信息技術的各自優(yōu)勢，通過空、天、地、海等多維信息的有效獲取、協(xié)同、傳輸和匯聚，以及資源的統(tǒng)籌處理、任務的分發(fā)、動作的組織和管理，實現(xiàn)時空復雜網(wǎng)絡的一體化綜合處理和最大有效利用，為各類不同用戶提供實時、可靠、按需服務的泛在、機動、高效、智能、協(xié)作的信息基礎設施和決策支持系統(tǒng)。云側隨需調度、普惠便民邊緣計算及量子計算設施提供高速信息處理能力。在城市的工廠、道路、交接箱等地，構建具備周邊環(huán)境感應、隨需分配和智能反饋回應的邊緣計算節(jié)點。部署以原子、離子、超導電路和光量子等為基礎的各類量子計算設施，為實現(xiàn)超大規(guī)模的數(shù)據(jù)檢索、城市精準的天氣預報、計算優(yōu)化的交通指揮、人工智能科研探索等

36、海量信息處理提供支撐。人工智能及區(qū)塊鏈設施提供泛在智能嵌入城市運行與合約執(zhí)行。搭建支持知識推理、概率統(tǒng)計、深度學習等人工智能統(tǒng)一計算平臺和設施，形成具有知識計算、認知推理、運動執(zhí)行、人機交互能力的智能支撐能力。建立定制化強、個性化部署的區(qū)塊鏈服務設施， 支撐各類應用的身份驗證、電子證據(jù)保全、供應鏈管理、產品追溯等領域商業(yè)智能合約的自動化執(zhí)行。部署云計算及大數(shù)據(jù)設施。建立虛擬一體化云計算服務平臺和大數(shù)據(jù)分析中心，基于 SDN 技術實現(xiàn)跨地域服務器、網(wǎng)絡、存儲資源的調度能力，滿足智慧政務辦公和公共服務、綜合治理、產業(yè)發(fā)展等各類業(yè)務存儲和計算需求。（二）運行機理與工業(yè)領域數(shù)字孿生體構建模式類似，數(shù)字

37、孿生城市是在更大范圍、更多場景下，整合全域感知、歷史積累、運行監(jiān)測等多元異構數(shù)據(jù)，集成多學科、多尺度的仿真過程，集成指揮調度、運行決策、民生服務等智慧應用，共同構建與現(xiàn)實城市同生共存、虛實交融的復雜巨系統(tǒng)，反映現(xiàn)實城市運行全過程。數(shù)字孿生城市，以全域數(shù)字化標識和一體化感知監(jiān)測為數(shù)字孿生基礎，以全域全量的數(shù)據(jù)資源（數(shù)據(jù)）、高性能的協(xié)同計算（算力）、深度學習的機器智能平臺（算法）為城市信息中樞，以數(shù)字孿生模型平臺為城市運行信息集成展示載體，操控城市治理、民生服務、產業(yè)發(fā)展等各系統(tǒng)協(xié)同運轉，形成一種自我優(yōu)化的智能運行模式，實現(xiàn)“全域立體感知、萬物可信互聯(lián)、泛在普惠計算、智能定義一切、數(shù)據(jù)驅動決策”。

38、圖 9數(shù)字孿生城市總體框架運行機理全域終端數(shù)字化標識數(shù)字化標識是萬物互聯(lián)的基礎，是數(shù)字孿生城市構建的前提條件，是數(shù)字空間中用于區(qū)分實體身份的基礎信息。數(shù)字孿生城市模式下，是一個實現(xiàn)物理世界與數(shù)字世界完全對應、融合和演進，并驅動整個世界數(shù)字化、智能化的過程，為了給城市構建準確的數(shù)字孿生模型（CIM），實現(xiàn)數(shù)字信息和實體之間的精準匹配、建立連接和管理控制，數(shù)字化標識城市的每一個實體是必然趨勢，在城市范圍內所有智能終端具備唯一的全局身份標識，類似人的身份證號， 作為數(shù)字孿生城市的唯一索引，記錄智能終端所有身份信息，便于數(shù)據(jù)實時采集、反饋，終端的遠程操控。一體化感知監(jiān)測體系一體化感知監(jiān)測體系是萬物感知

39、、萬物互聯(lián)、萬物智能的通道、入口和“神經(jīng)系統(tǒng)”，是數(shù)字孿生城市實現(xiàn)物理世界到虛擬世界轉化的“連接器”。一體化感知監(jiān)測體系主要包括感知設備、感知網(wǎng)絡、感知平臺等，設備層提供各類智能終端具有物聯(lián)網(wǎng)感知模塊，成為設備數(shù)據(jù)源；網(wǎng)絡層建立極速傳輸網(wǎng)絡，為城市各類傳感設備提供更深更廣的網(wǎng)絡覆蓋、更可靠更大量的并行連接，使得感知數(shù)據(jù)從設備層高速傳輸?shù)狡脚_層；平臺層匯聚所有感知數(shù)據(jù)，為城市大數(shù)據(jù)分析洞察提供支撐，進而為城市治理、民生服務、產業(yè)發(fā)展等提供綜合數(shù)據(jù)服務。一體化感知監(jiān)測體系在全域終端數(shù)字化標識體系下，通過感知器件和互聯(lián)互通設施，感知和傳送城市環(huán)境和城市部件等監(jiān)控對象的狀態(tài)信息，并實現(xiàn)受控的反向的遠程

40、控制，最終實現(xiàn)物理空間和數(shù)字空間的雙向映射，達到萬物互聯(lián)、虛實交融的效果。全域全量的數(shù)據(jù)資源全域全量的城市數(shù)據(jù)是數(shù)字孿生城市構建的基礎，為深度學習自我優(yōu)化功能提供“數(shù)據(jù)”要素（人工智能三要素之一）。在數(shù)字化標識和一體化感知監(jiān)測體系下，整合政府信息系統(tǒng)、行業(yè)領域信息系統(tǒng)、第三方社會機構信息系統(tǒng)等多元數(shù)據(jù)，形成城市全域數(shù)據(jù)， 如基于統(tǒng)一物聯(lián)網(wǎng)感知平臺的智能終端數(shù)據(jù)、基于衛(wèi)星遙感的城市地理信息、基于各種傳感設施的設備運行數(shù)據(jù)、面向手機和車輛等移動設備的動態(tài)數(shù)據(jù)、基于政府信息系統(tǒng)的業(yè)務數(shù)據(jù)、基于公用事業(yè)單位信息系統(tǒng)的業(yè)務數(shù)據(jù)、基于通信運營商和互聯(lián)網(wǎng)服務提供商等商業(yè)信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)等。搭建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平

41、臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、匯集、清洗、分類、開放、共享，實現(xiàn)城市范圍內的數(shù)據(jù)的一致性保障、可靠性保證、快速定位和高效獲取，構成有效決策的數(shù)據(jù)基礎。高性能的協(xié)同計算能力高性能的協(xié)同計算是數(shù)字孿生城市構建的效率保障，為深度學習自我優(yōu)化功能提供“算力”要素（人工智能三要素之一）。在數(shù)字孿生城市模式下，城市實現(xiàn)高度數(shù)字化，同時產生海量數(shù)據(jù)資源， 高性能的協(xié)同計算將提供算力支撐，主要包括強大的數(shù)據(jù)處理中心和邊緣計算中心，在城市的所有網(wǎng)絡節(jié)點中根據(jù)需求部署云計算中心和邊緣計算設施，為孿生城市的高效運行提供運行決策。以自動駕駛車聯(lián)網(wǎng)應用為例，通過車輛獲得的車輛周邊感知數(shù)據(jù)和車路協(xié)同基礎設施獲得的路況數(shù)據(jù)，在邊緣計

42、算中心進行環(huán)境理解、導航規(guī)劃、高精地圖更新等數(shù)據(jù)處理及決策，然后在交通部門的云計算中心進行指揮交通控制決策。深度學習機器智能平臺深度學習的機器智能平臺是數(shù)字孿生城市構建的運行決策保障， 為深度學習自我優(yōu)化功能提供“算法”要素（人工智能三要素之一）。 基于海量“數(shù)據(jù)”和高性能“算力”，全面構建融合大數(shù)據(jù)、人工 智能、區(qū)塊鏈等先進技術引領的深度學習機器智能平臺，應用機器 學習和深度學習等機器智能算法，更好的實現(xiàn)有效采樣、模式識別、 行動指南和規(guī)劃決策，將人類智能和機器智能相結合，把專業(yè)經(jīng)驗 和數(shù)據(jù)科學有機融合，利用機器學習驅動的交互可視分析方法迭代 演進，不斷優(yōu)化，提升智能算法執(zhí)行的效率和性能，保

43、證數(shù)據(jù)決策 的有效性和高效性，以適應不斷變化的城市各種服務場景。如，運 用大數(shù)據(jù)技術推動政企協(xié)同、定制化數(shù)據(jù)開發(fā)、大數(shù)據(jù)公共服務等 使能；運用人工智能技術提供人工智能基礎服務、自主無人系統(tǒng)智 能支撐、群體智能服務等使能服務；運用區(qū)塊鏈技術，提供基礎數(shù) 據(jù)安全可信的共享開放、簡化金融物流供應鏈等業(yè)務流程等定制化 區(qū)塊鏈服務等。實時映射的孿生模型平臺實時映射的孿生模型平臺是構建數(shù)字孿生城市綜合信息載體平臺，是城市統(tǒng)一“展示窗口”“決策中心”。通過加載全域全量的數(shù)據(jù)資源構建城市多維數(shù)據(jù)空間，利用 GIS 系統(tǒng)實現(xiàn)城市從地下到地上地理信息的數(shù)字化，利用 BIM 和 CIM 模型構建城市的三維數(shù)據(jù)空間畫

44、像，同時，整合城市遙感、北斗導航、地理測繪信息、智能建筑等城市空間數(shù)據(jù)，在數(shù)字空間模擬仿真組建出虛實映射的數(shù)字孿生城市模型。數(shù)字孿生城市模型集中可視化呈現(xiàn)全域智能終端信息、城市運行效果、所有決策效果等，并且可通過操控系統(tǒng)遠程控制城市運行狀態(tài)。簡而言之，是在萬物互聯(lián)、萬物感知、萬物智能的基礎上， 打破傳統(tǒng)設計規(guī)則，在靜止的二維平面中加入動態(tài)演示與模擬，由以往形態(tài)上的平面化、靜態(tài)化開始逐漸向動態(tài)化、立體化、智能化延伸。智能操控現(xiàn)實的應用體系智能操控現(xiàn)實的應用體系是構建數(shù)字孿生城市的“總控開關” “指揮中心”。在數(shù)字孿生城市中，所有的服務場景都將在網(wǎng)絡空間擁有對應的虛擬場景映射，智能操控現(xiàn)實的應用體

45、系，可作為所有數(shù)字孿生城市下應用場景的操控平臺，在實體場景中完成的服務可以在線上的虛擬場景中通過信息的傳輸開展，打破了時空的界限， 在提高服務效率、水平的同時，也將大大緩解服務資源不平衡的問題。智能操控現(xiàn)實的應用體系全面集成和融合安全、能源、交通、制造、醫(yī)療健康、物流、治理等城市各領域的運行平臺，形成集城市運行態(tài)勢監(jiān)控、災害預警、應急指揮、信息發(fā)布等功能于一體的數(shù)字孿生城市總控平臺、運行指揮平臺，助力實現(xiàn)城市資源配置自動優(yōu)化，城市預警推演的毫秒級響應。四、數(shù)字孿生城市的典型場景數(shù)字孿生模式下，提供了一種能力，包括實時、動態(tài)、精準、定位、可視化展示，仿真、驗證、回溯，協(xié)同、聯(lián)動等。城市的運行狀態(tài)

46、將與以往大為不同，可以肯定的是，未來科學發(fā)現(xiàn)和智慧應用將會不斷涌現(xiàn)，使我們的生活充滿了驚喜體驗。（一）“規(guī)建管”協(xié)同管控，助力一張藍圖干到底數(shù)字孿生城市模式下，加載了數(shù)據(jù)和軟件的城市信息模型成為城市最重要的基礎設施之一，最典型的應用場景首推“規(guī)建管”全生命周期的協(xié)同管控，實現(xiàn)城市規(guī)劃布局仿真可計算、城市建設運行全程可操控、城市管理服務要素資源可調配，全面提升城市規(guī)劃、建設、管理的一體化運作水平，真正實現(xiàn)城市“一張藍圖繪到底、建到底和管到底”。在規(guī)劃前期，基于數(shù)字模型摸清城市家底、把握運行脈搏，推動規(guī)劃有的放矢提前布局。通過快速的“假設”分析和發(fā)展推演， 以更少的成本和更快的速度推動創(chuàng)新型城市頂

47、層設計落地?？茖W評估規(guī)劃影響，避免不切實際的規(guī)劃設計浪費時間，防止在驗證階段重新進行設計。在勘察階段，基于數(shù)字模型進行數(shù)值模擬、空間分析和可視化表達，構建工程勘察信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)工程勘察信息的有效傳遞和共享。在規(guī)劃階段，通過全面整合導入城鄉(xiāng)、土地、生態(tài)環(huán)境保護、市政等多方規(guī)劃數(shù)據(jù)，在數(shù)字孿生空間實現(xiàn)合并疊加，解決潛在沖突差異，統(tǒng)一空間邊界控制，形成多規(guī)合一的“一張底圖”，以此為基礎進行規(guī)劃評估、多方協(xié)同、動態(tài)優(yōu)化與實施監(jiān)督。在充分保證“一張圖”實時性和有效性的前提下，通過對各種規(guī)劃方案及結果進行模擬仿真及可視化展示，實現(xiàn)方案的優(yōu)化和比選。在設計階段，基于數(shù)字模型對設計方案進行性能和功能模擬、優(yōu)

48、化、審查和數(shù)字化成果交付，開展集成協(xié)同設計，提升質量和效率。在建設階段，基于數(shù)字模型對工程項目從圖紙、施工到竣工交付全過程進行監(jiān)管，對重大項目進度、資金、質量、安全、綠色施工、原材料、勞務和協(xié)同協(xié)作進行數(shù)字化監(jiān)管，實現(xiàn)動態(tài)、集成和可視化施工管理，確保重大工程項目的按時、高質、安全交付。讓每一個竣工的建筑、基礎設施等建設主體，都包括物理實體和數(shù)字虛體兩大成果，可實時追蹤、定位、分析工程施工、交付、監(jiān)管等環(huán)節(jié)的質量，實現(xiàn)各建造方的實時溝通、多方協(xié)同，建設成果的模型預先比對、實體多輪迭代，確保城市建設的提質降本、綠色低碳、保障安全。在運行管理階段，基于數(shù)字模型和標識體系、感知體系以及各類智能設施，實

49、現(xiàn)對城市基礎設施、地下空間、能源系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境、道路交通等運行狀況的實時監(jiān)測和統(tǒng)一呈現(xiàn)，通過數(shù)字模型和軟硬件系統(tǒng)，實現(xiàn)快速響應、決策仿真、應急處置以及設備的預測性維護，提升城市的綜合抗災、防災能力，讓城市運行更安全、可靠。智慧城市項目效益評估?；跀?shù)字孿生城市體系以及可視化系統(tǒng),以定量與定性方式，建模分析城市交通路況、人流聚集分布、空氣質量、水質指標等各維度城市數(shù)據(jù)，決策者和評估者可快速直觀了解智慧化對城市環(huán)境、城市運行等狀態(tài)的提升效果，評判智慧項目的建設效益，實現(xiàn)城市數(shù)據(jù)挖掘分析，輔助政府在今后信息化、智慧化建設中的科學決策，避免走彎路和重復建設低效益建設。（二）虛實互動以虛控實，支撐城市一

50、盤棋治理數(shù)字孿生城市可實時展示城市運行全貌，助力形成城市一盤棋集中治理模式，立足城市運行監(jiān)測、管理、處理、決策等治理領域， 建立物理世界與虛擬世界的數(shù)據(jù)映射和數(shù)字展示平臺（數(shù)字孿生城市模型平臺），實現(xiàn)跨層級、跨地域、跨系統(tǒng)、跨部門、跨業(yè)務的城市治理協(xié)同，形成全程在線、高效便捷，精準監(jiān)測、高效處置，主動發(fā)現(xiàn)、智能處置的城市智能治理體系。城市公共資源自動優(yōu)化配置。在數(shù)字孿生城市中，可實時全景展示城市公共資源分布情況、能源消耗情況、城市突發(fā)事故情況等，如地鐵線路、旅游景點、圖書館博物館、公園、醫(yī)院、道路等運行情況實時呈現(xiàn)人流熱力圖，可根據(jù)后臺計算平臺，智能決策城市治理方案，疏導城市人流、決策警力部署

51、、遠程調控能源利用、指揮應急調度、推送交通誘導等。城市異常問題的自我發(fā)現(xiàn)。通過感知監(jiān)測或視頻監(jiān)控圖像、加上圖像智能分析和識別，實時展示（生態(tài)破壞、環(huán)境衛(wèi)生、各類警情、災害、違章違建、道路遺撒、交通事故等），并可視化展示，多發(fā)地帶在一張圖上標注，提醒過往行人，并進行資源的優(yōu)化配置。比如警力，多分布在警情多發(fā)地帶。線下視頻監(jiān)控拍到打架斗毆盜竊，人流突然密集，交通事故等圖像，自動識別，通過機器學習， 識別后自動及時在城市數(shù)字鏡像顯示位置，視頻，周邊情況，由執(zhí)法者進行處置，自動或人工啟動相應處理流程預案。通過對警情類型和區(qū)域的深度學習和分析，對警力資源的空間分布進行配置優(yōu)化?！俺鞘写竽X”智能仿真控制交

52、通。通過視覺分析和道路，人流， 車流等數(shù)據(jù)的機器學習，掌握城市交通體征檢測，再通過不斷優(yōu)化各路口信號燈時長，進行交通流量仿真，直到總體通行時間最短， 全域信號燈實時精細化控制，根據(jù)特種車輛特殊需求定制路線，仿真后再進行沿線信號燈控制。公交線路優(yōu)化，根據(jù)各條線路公交擁擠度調整班次或路線進行運力平衡。所有無人駕駛車輛和無人機（執(zhí)法、巡檢、跟蹤、配送）狀態(tài)和運行軌跡實時監(jiān)測，動態(tài)展示，確保安全運行。城市基礎設施動態(tài)管理控制。任何進入數(shù)字孿生城市的人和車輛，都通過各種技術手段被感知、被記錄。一周之內軌跡可查，未來動向可預測。所有城市部件和建筑、燈柱、井蓋、消防栓、垃圾箱、公園座椅、公共衛(wèi)生間、橋梁、建

53、筑、樹木都有電子身份標識， 在數(shù)字城市都有三維顯示，線下是二維碼或 RFID 卡，掃一掃即顯示相當信息，提供相關服務。狀態(tài)實時顯示，一旦故障或異常，如隨手拍上傳，則在數(shù)字模型中高亮顯示，并啟動相應處置預案。自動駕駛無人機巡檢。利用無線電遙控設備和自備的程序控制無人機，完成復雜空中飛行任務和各種負載任務，同時與成像設備等部件結合完成高空城市作業(yè)。在城市電力運營場景中，無人機巡檢有著機動靈活、安全性高、成本低、環(huán)境要求低、便于攜帶和運輸?shù)热肆ρ矙z及載人直升機巡檢無法比擬的優(yōu)勢。在城市電力巡檢過程中，無人機替代工作人員到“需要的地方”（預先設定好的 GPS坐標點）去采集“需要的信息”（如故障點），如

54、無人機可以圍繞目標進行 360 度零死角全方位拍攝，通過城市的 5G 網(wǎng)絡快速、準確地傳達給地面工作人員，供他們作分析、判斷、制定解決方案，提高電力巡檢工作效率和安全性。此外，無人機巡檢還可應用于城市火情監(jiān)測，重點道路路況監(jiān)測等場景。（三）情景交融以人為本，升級個性主動服務體驗在數(shù)字孿生城市中，所有的服務場景都將在網(wǎng)絡空間擁有對應的虛擬場景映射，服務內容也將從實體向數(shù)字化轉變。數(shù)字孿生城市將全面采集城市居民的日常出行軌跡、收入水準、家庭結構、日常消費、生活習慣等，洞察提取居民行為特征，在“數(shù)字空間”上， 預測人口結構和遷徙軌跡、推演未來的設施布局、評估商業(yè)項目影響等，以智能人機交互、網(wǎng)絡主頁提

55、醒、智能服務推送等形式，實現(xiàn)城市居民政務服務、教育文化、診療健康、交通出行等服務的快速響應，個性化服務，形成具有巨大影響力和重塑力的數(shù)字孿生服務體系。全生命周期式智慧醫(yī)療服務。數(shù)字孿生城市模式下，整合智能可穿戴設備、醫(yī)療設備采集健康數(shù)據(jù)、電子病歷等各類個人健康數(shù)據(jù)，形成完備的個人醫(yī)療健康檔案?；颊叩牟√摂M歷及各項數(shù)據(jù)同步到云端，實現(xiàn)院際間、區(qū)域間、國際間數(shù)據(jù)互通共享，打通遠程會診的渠道，患者通過遠程醫(yī)療協(xié)同平臺，可以在“虛擬醫(yī)院”中實現(xiàn)在線掛號、遠程診斷，就醫(yī)時間更加靈活便捷，足不出戶解決“看病難”，也減輕了醫(yī)院和醫(yī)生的壓力。同時，利用人工智能協(xié)助分析、診斷，應用輔助診療系統(tǒng)、智能導診系統(tǒng)、智

56、能檢測儀器、手術機器人等智慧醫(yī)療設備系統(tǒng)提高醫(yī)生判斷準確度，使患者可以接受更高水平的醫(yī)療服務。虛擬政務大廳實現(xiàn)全線上政務服務。通過搭建政務服務云平臺， 建立“虛擬政務大廳”，在數(shù)字孿生城市模式下，市民所有身份信息以身份證號為索引以電子證照形式在系統(tǒng)中存在，市民可在“虛擬政務大廳”一站式在線辦理各項政務和民生服務事項，真正實現(xiàn)“數(shù)據(jù)多跑路，群眾少跑腿”，此外，系統(tǒng)可深度學習挖掘市民政務服務需求，提供主動式線上推送服務。個人生活體征全面洞察。數(shù)字孿生城市使得每個個體的行為軌跡都會被精準映射，形成個人的大數(shù)據(jù)集，通過數(shù)據(jù)的分析與挖掘可得到每個人的個性化信息，如消費偏好、生活習慣、甚至審美、價值取向等

57、。根據(jù)這些信息，企業(yè)可充分了解用戶個性化需求，為其設計符合特性的專屬服務。比如酒店能夠在客人入住前獲取其對室溫、光亮、水溫、飲食等的偏好，提前做好相應準備，給客人帶來更舒適的入住體驗；出行時可以根據(jù)用戶常用路線、出行方式、交通情況等進行規(guī)劃。個性化的虛擬制造服務。數(shù)字孿生模式下，不僅城市運行虛實并存，企業(yè)生產同樣可實現(xiàn)虛實融合。顧客提出對產品的樣式、功能、材料等個性化要求，企業(yè)根據(jù)要求進行虛擬設計、加工、制造， 通過虛擬制造，告別過去傳統(tǒng)的批量化生產模式，實現(xiàn)產品的定制化與個性化，從而提供適銷對路的產品，既拉近企業(yè)與顧客之間的距離，也能夠避免企業(yè)庫存積壓，降低企業(yè)運營成本。五、數(shù)字孿生城市核心

58、：高精度城市信息模型數(shù)字孿生城市可一定程度上對城市的人事物進行前瞻性預判，進而通過智能交互，實現(xiàn)城市內各類主體的適應性變化和城市的最優(yōu)化運作。其核心是高精度、多耦合的城市信息模型。通過加載其上的全量全域數(shù)據(jù)，在城市系統(tǒng)內匯集交融，產生新的涌現(xiàn)，實現(xiàn)對城市規(guī)律的識別，為改善和優(yōu)化城市系統(tǒng)提供有效的指引。（一）城市初始建模的方法城市信息模型的初始數(shù)字化建模，可綜合采用航空攝影測量、激光掃描、傾斜攝影、野外實地測量以及建筑信息模型（BIM）等手段獲取原始數(shù)據(jù)，通過內業(yè)數(shù)據(jù)處理和多元數(shù)據(jù)融合處理，生成城市信息模型（CIM）。空中城市 3D 模型：通過無人機傾斜攝影和攝影 3D 建模算法等技術，實現(xiàn)城市

59、外輪廓的快速建模，形成逼真的城市建筑外輪廓模型，并通過圖像識別技術，自動區(qū)分河流、道路、建筑單體、建筑屋頂、樹木、停車場、車位、移動物體等對象。目前高精度的空中城市數(shù)據(jù)采集可以提供厘米級別的分辨率和逼真的建筑表面紋理。地面高精度3D 模型：由于空中數(shù)據(jù)采集無法有效覆蓋近地數(shù)據(jù)， 地面數(shù)據(jù)采集可以提供高精度的近地面城市 3D 數(shù)據(jù)，和空中采集數(shù)據(jù)形成有效互補。地面數(shù)據(jù)采集一般借助地面車輛或者定點掃描， 結合圖像拍攝、激光掃描等技術，對城市地面、道路景觀進行高精度掃描成像。高精度的地面數(shù)據(jù)可以直接支持城市導航、自動駕駛等應用，精度可達到毫米級。室內 3D 模型：對于沒有 BIM 模型數(shù)據(jù)的城市建筑

60、，可利用專用的室內 3D 模型數(shù)據(jù)采集設備及配套軟件，通過激光、圖像等手段捕獲室內數(shù)據(jù)，可以完成建筑內部的高精度、逆向建模。同時結合定位數(shù)據(jù)和專門的 3D 數(shù)據(jù)融合軟件和技術，室內采集的 3D 模型可以和空中、地面的模型數(shù)據(jù)進行高精度擬合，形成覆蓋室內外、近地表面的城市高精度 3D 模型。對于擁有 BIM 模型數(shù)據(jù)的城市建筑，可利用建筑 BIM 模型數(shù)據(jù)，進行室內數(shù)字化建模。BIM 是城市內部單體建筑或設施的詳細三維數(shù)字模型，包含建筑所有構件、設備的幾何和非幾何信息及之間關系信息。通過對竣工交付后的建筑物 BIM 模型數(shù)據(jù)進行格式轉換和輕量化處理，可以生成高精度的城市單體建筑 3D 模型。（二